HESAPLAMALI BİYOFİZİK : YÖNTEMLER VE METODLAR

AMAÇ

Bu dersin amacı, öğrencilerin, moleküler modelleme, moleküler doklama, moleküler dinamik simulasyon tekniklerini kullanarak, bu tekniklerde kullanılan parametrelerin kullanımına doğru şekilde karar vererek, öğrencilere ilgili biyolojik problemleri çözebilme yetisini kazandırmaktır. Ayrıca, öğrencilerin bu dersin sonunda kendi başlarına moleküler dinamik simulasyon yapabilmeleri de beklenmektedir.

İÇERİK

Bu ders; Kuantum Kimyasına Giriş,Kuantum Kimyasal Hesaplamalarda Kullanılan Metotlara Genel Bakış,İstatistiksel Mekaniğe Giriş,Klasik ve Zenginleştirilmiş Örnekleme Tekniklerinin Kullanıldığı Moleküler Dinamik Simülasyonlarının Karşılaştırılmalı olarak İncelenmesi,Moleküler Dinamik Simülasyonlarında Kullanılan Kuvvet Alanları ve Bu Kuvvet Alanlarının Transfer Edilebilme Özelliklerinin İncelenmesi,Moleküler Dinamik Simülasyonlarında Kullanılan Klasik ve Polarize Su Modellerinin Karşılaştırılmalı olarak İncelenmesi,Uzun menzilli etkileşimlerin hesaplanmasında kullanılan potansiyellerin türetilmesi,Metadinamik, termodinamik integrasyon ve semsiye modellemesi ile karşılaştırmalı olarak serbest enerji hesaplanması,Zenginleştirilmiş Örnekleme Tekniklerinin Proteinlerin Konformasyonel Enerji Yüzeyi üzerine Etkisinin Uygulamalı olarak incelenmesi,Kuantum Mekanik ve Moleküler Mekanik Yardımıyla Oluşturulmuş Hibrit Potensiyellerin Protein Yapı ve Dinamiği üzerine Etkisinin İncelenmesi,Biyolojik Sistemlerde daha uzun süreli zaman ölçeklerine ulaşabilmek için kullanılan iri taneli modelleme yöntemlerinin incelenmesi.,Serbest ve Serbest olmayan moleküler kenetleme sistemlerinin ve moleküler kenetleme hesaplarında suyun etkisinin incelenmesi,Hesaplamalı Biyofizik alanında kullanılan yöntemlerin güncel uygulamaları hakkında tartışma -I,Hesaplamalı Biyofizik alanında kullanılan yöntemlerin güncel uygulamaları hakkında tartışma -II; konularını içermektedir.

1. 1

   The student understands the differences between molecular mechanics and quantum mechanics and decides which method is appropriate for solving a given scientific problem.

   Öğretim yöntemi: Öğretme – öğrenme yöntem ve stratejileri, öğrencilerin kendi kendine çalışma, yaşam boyu öğrenme, gözlem yapma, başkasına öğretme, sunma, eleştirel düşünme, takım çalışması, bilişimden etkin yararlanma gibi becerilerini arttıracak şekilde seçilmektedir. Ayrıca, öğretim tarzının farklı kabiliyetleri olan öğrencileri destekleyecek biçimde olmasına dikkat edilir. Programında kullanılan eğitim-öğretim metotları aşağıdaki listede verilmiştir **: Eğitim - Öğretim Yöntemleri *, Problem Çözme Yöntemi, Örnek Olay Yöntemi, Rol Oynama ve Drama Tekniği, Deney yapma Tekniği, Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Probleme Dayalı Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Proje Görevi

2. 2

   The student learns about the force fields and water models used in molecular dynamics simulations, and thus decides the parameter set that should be used in the simulation.

   Öğretim yöntemi: Öğretme – öğrenme yöntem ve stratejileri, öğrencilerin kendi kendine çalışma, yaşam boyu öğrenme, gözlem yapma, başkasına öğretme, sunma, eleştirel düşünme, takım çalışması, bilişimden etkin yararlanma gibi becerilerini arttıracak şekilde seçilmektedir. Ayrıca, öğretim tarzının farklı kabiliyetleri olan öğrencileri destekleyecek biçimde olmasına dikkat edilir. Programında kullanılan eğitim-öğretim metotları aşağıdaki listede verilmiştir **: Eğitim - Öğretim Yöntemleri *, Problem Çözme Yöntemi, Örnek Olay Yöntemi, Rol Oynama ve Drama Tekniği, Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Proje Görevi

3. 3

   At the end of the course the student gains basic knowledge on the Linux operating system.

   Öğretim yöntemi: Örnek Olay Yöntemi, Rol Oynama ve Drama Tekniği, Sorgulama Temelli Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev

4. 4

   At the end of the course, the student gains knowledge on how to run molecular dynamics simulations using parallel-computing systems.

   Öğretim yöntemi: Öğretme – öğrenme yöntem ve stratejileri, öğrencilerin kendi kendine çalışma, yaşam boyu öğrenme, gözlem yapma, başkasına öğretme, sunma, eleştirel düşünme, takım çalışması, bilişimden etkin yararlanma gibi becerilerini arttıracak şekilde seçilmektedir. Ayrıca, öğretim tarzının farklı kabiliyetleri olan öğrencileri destekleyecek biçimde olmasına dikkat edilir. Programında kullanılan eğitim-öğretim metotları aşağıdaki listede verilmiştir **: Eğitim - Öğretim Yöntemleri *, Örnek Olay Yöntemi, Beyin Fırtınası Tekniği, Sorgulama Temelli Öğrenme Modeli, Deneyimle Öğrenme Modeli

5. 5

   At the end of the course, the student gains ability to perform molecular dynamics simulation and to analyze the resulting trajectory by her/his own.

   Öğretim yöntemi: Öğretme – öğrenme yöntem ve stratejileri, öğrencilerin kendi kendine çalışma, yaşam boyu öğrenme, gözlem yapma, başkasına öğretme, sunma, eleştirel düşünme, takım çalışması, bilişimden etkin yararlanma gibi becerilerini arttıracak şekilde seçilmektedir. Ayrıca, öğretim tarzının farklı kabiliyetleri olan öğrencileri destekleyecek biçimde olmasına dikkat edilir. Programında kullanılan eğitim-öğretim metotları aşağıdaki listede verilmiştir **: Eğitim - Öğretim Yöntemleri *, Örnek Olay Yöntemi, Rol Oynama ve Drama Tekniği, Deney yapma Tekniği, Beyin Fırtınası Tekniği, Proje Temelli Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Proje Görevi

HAFTALIK PLAN

1. HAFTA 1

   Kuantum Kimyasına Giriş

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 1

2. HAFTA 2

   Kuantum Kimyasal Hesaplamalarda Kullanılan Metotlara Genel Bakış

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 2

3. HAFTA 3

   İstatistiksel Mekaniğe Giriş

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 3

4. HAFTA 4

   Klasik ve Zenginleştirilmiş Örnekleme Tekniklerinin Kullanıldığı Moleküler Dinamik Simülasyonlarının Karşılaştırılmalı olarak İncelenmesi

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 4

5. HAFTA 5

   Moleküler Dinamik Simülasyonlarında Kullanılan Kuvvet Alanları ve Bu Kuvvet Alanlarının Transfer Edilebilme Özelliklerinin İncelenmesi

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 5

6. HAFTA 6

   Moleküler Dinamik Simülasyonlarında Kullanılan Klasik ve Polarize Su Modellerinin Karşılaştırılmalı olarak İncelenmesi

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 6

7. HAFTA 7

   Uzun menzilli etkileşimlerin hesaplanmasında kullanılan potansiyellerin türetilmesi

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 7

8. HAFTA 8

   Metadinamik, termodinamik integrasyon ve semsiye modellemesi ile karşılaştırmalı olarak serbest enerji hesaplanması

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 8

9. HAFTA 9

   Zenginleştirilmiş Örnekleme Tekniklerinin Proteinlerin Konformasyonel Enerji Yüzeyi üzerine Etkisinin Uygulamalı olarak incelenmesi

   Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 9

10. HAFTA 10

    Kuantum Mekanik ve Moleküler Mekanik Yardımıyla Oluşturulmuş Hibrit Potensiyellerin Protein Yapı ve Dinamiği üzerine Etkisinin İncelenmesi

    Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 10

11. HAFTA 11

    Biyolojik Sistemlerde daha uzun süreli zaman ölçeklerine ulaşabilmek için kullanılan iri taneli modelleme yöntemlerinin incelenmesi.

    Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 11

12. HAFTA 12

    Serbest ve Serbest olmayan moleküler kenetleme sistemlerinin ve moleküler kenetleme hesaplarında suyun etkisinin incelenmesi

    Ön hazırlık: Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications - Bölüm 12

13. HAFTA 13

    Hesaplamalı Biyofizik alanında kullanılan yöntemlerin güncel uygulamaları hakkında tartışma -I

    Ön hazırlık: Literatür taraması: hesaplamalı Biyofizik alanında kullanılan yöntemlerin güncel uygulamaları.

14. HAFTA 14

    Hesaplamalı Biyofizik alanında kullanılan yöntemlerin güncel uygulamaları hakkında tartışma -II

    Ön hazırlık: Literatür taraması: hesaplamalı Biyofizik alanında kullanılan yöntemlerin güncel uygulamaları.

DEĞERLENDİRME

• Ara Sınavın Başarıya Oranı50%
• Genel Sınavın Başarıya Oranı50%

İŞ YÜKÜ

KAYNAKLAR

• Frenkel and Smit, Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications, , Academic Press, Computational Science Series Sunum
• 1) Frenkel and Smit, Understanding Molecular Simulation : From Algorithms to Applications, , Academic Press, Computational Science Series 2)Allen and Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Clarendon Press 3)Zhou, Molecular Modeling at the Atomic Scale, CRC Press, Taylor & Francis.

ÖĞRETİM ELEMANLARI

• Assoc.Prof. Özge ŞENSOYKOORDİNATÖR
• Assoc.Prof. Özge ŞENSOY